Ultra-fast operando measurement using pulse electron beam

使用脉冲电子束进行超快速操作测量

• 批准号: 21H04637
• 负责人: 桑原 真人
• 金额: $ 26.79万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04637/
• 关键词: オペランド計測; ナノ材料; 生体高分子; 電子顕微鏡; 時間分解; オペランド計測; ナノ材料; 生体高分子; 電子顕微鏡; 時間分解

高輝度パルス電子線発生に有望なNEA-PC（負の電子親和性(NEA)表面を有する半導体フォトカソード）を用いた電子顕微鏡により、ミリ秒を超える高速オペランドイメージング計測の実現を目指す。前年度に終えた電子光学設計および連結用差動排気システム設計を元に、装置製作を実施した。さらに、30keV NEA-PC電子銃を高分解能電子顕微鏡本体へ搭載に必要となる本体改造および搭載治具の製作を実施した。PN接合を有する半導体試料への金属電極の取り付けを実現し、旧オペランド計測用ホルダーにて電圧印加しながら電子顕微鏡観察を実現した。また、新型のパルス電子顕微鏡用オペランド計測ホルダーの本格設計を終え、電流導入可能なTEM用ホルダーの改良を追加した状態で、100keV時間分解TEMへの導入が可能となった。さらに、構築した同期システムを用いて、電子線強度変調、電子線イメージング機器を同期し、シングルショットイメージングを実現した。これにより、撮像がナノ秒以下の時間精度で同期計測、またそれを用いたオペランド計測が可能であることを実証した。一方、電子線損傷を受けやすい生体組織試料の魚類卵細胞、高分子結晶材料のニッケルジメチルグリオキシムの２サンプルを用いて、パルス電子線による電子線損傷の低減効果、入射電子のエネルギー依存性を確認することに成功した。また、化学合成により生成した金ナノプレート粒子を用いて、時間分解EELS手法により表面プラズモン強度の緩和過程の測定に成功した。この成果は査読付き論文にまとめられ、プレスリリースによる成果発表を行った。また、新たな試みとしてテラヘルツデバイス用材料のレーザー加工過程を電子顕微鏡による構造解析による解明に取り組み、ZnOのフェムトレーザ加工における構造変化を明らかにすることに成功した。

我们的目标是使用电子显微镜（使用NEA-PC（具有负电子亲和力（NEA）表面）的电子显微镜（NEA-PC）实现高速操作数成像测量值，这有望产生高亮度脉冲脉冲电子束。该设备是根据电子光学设计和上一年完成连接的差速器排气系统设计的。此外，修改了主体并制造了安装夹具，这对于在高分辨率电子显微镜主体上安装30kev NEA-PC电子枪是必需的。将金属电极连接到带有PN连接的半导体样品上，并在将电压应用于以前的操作数测量器时实现了电子显微镜观察。此外，随着脉冲电子显微镜的新操作数测量机的全面设计，现在有可能将其引入100keV时间分辨的TEM，并在TEM持有器中增加了可用于引入电流的TEM持有器的改进。此外，使用构造的同步系统对电子束强度调制和电子束成像设备进行了同步，从而实现了单个镜头成像。这表明可以使用小于纳秒的时间准确度执行同步测量，并且可以使用相同的操作数测量进行。另一方面，使用来自易受电子束损伤的生物组织样品的两个鱼卵细胞样品和聚合物晶体材料的镍二甲基乙酰氧基，我们成功地证实了减少由脉冲电子束引起的电子束损伤的效果，以及导入电子的能量依赖性。此外，使用化学合成产生的金纳米板颗粒，使用时间分辨的鳗鱼技术成功测量了表面等离子体强度的弛豫过程。将此结果汇编成同行评审的纸张，并在新闻稿中介绍了结果。此外，作为一种新尝试，我们使用电子显微镜使用结构分析来阐明Terahertz设备的激光处理过程，并成功揭示了ZnO Femme Tracer处理的结构变化。